【正文】 電壓的脈沖波數(shù)。 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)和 傳遞函數(shù) 在進行調(diào)速系統(tǒng)的分析和設(shè)計時 ， 可以把晶閘管觸發(fā)和整流裝置當作系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)來看待 。 圖 110 電流連續(xù)時 VM系統(tǒng)的機械特性 △ n = Id R / Ce n ?? Id IL O ? ? 上述分析說明：只要電流連續(xù)，晶閘管可控整流器就可以看成是一個 線性的可控電壓源 。當電感量較小或負載較輕時，在某一相導通后電流升高的階段里，電感中的儲能較少；等到電流下降而下一相尚未被觸發(fā)以前，電流已經(jīng)衰減到零，于是，便造成電流波形斷續(xù)的情況。 用觸發(fā)脈沖的相位角 ? 控制整流電壓的平均值 Ud0是晶閘管整流器的特點。 4. 斬波電路三種控制方式 ? 根據(jù)對輸出電壓平均值進行調(diào)制的方式不同而劃分，有三種控制方式： ? T 不變，變 ton —脈沖寬度調(diào)制（ PWM）； ? ton不變，變 T —脈沖頻率調(diào)制（ PFM）； ? ton和 T 都可調(diào)，改變占空比 —混合型。 ?由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成 “ 電力公害 ” 。 旋轉(zhuǎn)變流機組 圖 11旋轉(zhuǎn)變流機組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（ GM系統(tǒng)） ? GM系統(tǒng)工作原理 由原動機（柴油機、交流異步或同步電動機）拖動直流發(fā)電機 G 實現(xiàn)變流，由 G 給需要調(diào)速的直流電動機 M 供電，調(diào)節(jié) G 的勵磁電流 if 即可改變其輸出電壓 U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速 n 。 改變電阻只能有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速 ， 但調(diào)速范圍不大 ，往往只是配合調(diào)壓方案 ， 在基速 （ 即電機額定轉(zhuǎn)速 ） 以上作小范圍的弱磁升速 。 由于直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟 ， 而且從控制的角度來看 ，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ) 。 n n0 O I IL UN U 1 U 2 U 3 nN n1 n2 n3 調(diào)壓調(diào)速特性曲線 （ 2）調(diào)阻調(diào)速 ? 工作條件： 保持 勵磁 ? = ?N ； 保持電壓 U =UN ； ? 調(diào)節(jié)過程： 增加電阻 Ra ? R? R ? ?n ?， n0不變； ? 調(diào)速特性： 轉(zhuǎn)速下降，機械特性曲線變軟。 常用的可控直流電源有以下三種 ? 旋轉(zhuǎn)變流機組 ——用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。 ? 在控制作用的快速性上 ，變流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。 這樣 ， 電動機得到的平均電壓為 3. 輸出電壓計算 ssond UUTtU ??? (12) 式中 T — 晶閘管的開關(guān)周期； ton — 開通時間； ? — 占空比 ， ? = ton / T = ton f ； 其中 f 為開關(guān)頻率 。 在如圖可控整流電路中，調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，即可很方便地改變可控整流器 VT 輸出瞬時電壓 ud 的波形，以及輸出平均電壓 Ud 的數(shù)值。相控整流器的電壓控制曲線如下圖 圖 18 相控整流器的電壓控制曲線 O ? 逆變顛覆限制 通過設(shè)置控制電壓限幅值，來限制最大觸發(fā)角。 式（ 19）等號右邊 Ud0 表達式的適用范圍如第 中所述。對應(yīng)于 ? = 2?/3 的曲線是電流斷續(xù)區(qū)與連續(xù)區(qū)的分界線。 ? 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)的計算 晶閘管觸發(fā)和整流裝置的放大系數(shù)可由工作范圍內(nèi)的特性率決定，計算方法是 cds UUK???圖 113 晶閘管觸發(fā)與整流裝置的輸入 輸出特性和的測定 (112) 如果不可能實測特性，只好根據(jù)裝置的參數(shù)估算。為了簡化，先將該指數(shù)函數(shù)按臺勞級數(shù)展開，則式（ 114）變成 （ 115） ???????? ?33s22ssssss!31!211ee)( sssTsTsTKKKsWsTsT （ 5）近似傳遞函數(shù) 考慮到 Ts 很小，可忽略高次項，則傳遞函數(shù)便近似成 一階慣性環(huán)節(jié) 。 U, i Ud E id Us t ton T 0 圖 116b 電壓和電流波形 O 電機兩端得到的平均電壓為 (117) 式中 ? = ton / T 為 PWM 波形的占空比， ssond UUTtU ????輸出電壓方程 改變 ? （ 0 ≤ ? 1 ）即可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，若令 ?? = Ud / Us為 PWM電壓系數(shù)，則在不可逆 PWM 變換器 ? = ? (118) （ 2）有制動的不可逆 PWM變換器電路 在簡單的不可逆電路中電流不能反向，因而沒有制動能力，只能作單象限運行。 因此，實際上是由 VT1和 VD2交替導通，雖然電路中多了一個功率開關(guān)器件，但并沒有被用上。 因此，在制動狀態(tài)中， VT2和 VD1輪流導通，而 VT1始終是關(guān)斷的，此時的電壓和電流波形示于圖 117c。 sonsonsond )12( UTtUTtTUTtU ?????? 調(diào)速范圍 調(diào)速時， ? 的可調(diào)范圍為 0~1， –1? +1。 采用不同形式的 PWM變換器，系統(tǒng)的機械特性也不一樣。 de0dees ICRnICRCUn ???? ?? 機械特性方程 eme0emees TCCRnTCCRCUn ???? ?n –Id , –Teav O n0s Id , Teav ? = 1 ? = ? = ? = ? PWM調(diào)速系統(tǒng)機械特性 圖 120 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的機械特性曲線 （電流連續(xù)）， n0s＝ Us /Ce ? 說 明 ? 圖中所示的機械曲線是電流連續(xù)時脈寬調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。 / / / CA C ~ D C+Us整 流 器斬 波 器C C + 電能回饋與泵升電壓的限制 PWM變換器的直流電源通常由交流電網(wǎng)經(jīng)不可控的二極管整流器產(chǎn)生，并采用大電容 C濾波，以獲得恒定的直流電壓，電容 C同時對感性負載的無功功率起儲能緩沖作用。 PWM系統(tǒng)的優(yōu)越性 ? 主電路線路簡單，需用的功率器件少； ? 開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小； ? 低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬； ? 系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強； ? 功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，導通損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗也不大，因而裝置效率較高； ? 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 因此，調(diào)速范圍和靜差率這兩項指標并不是彼此孤立的，必須同時提才有意義。在這些情況下，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)往往不能滿足要求 。 Uc Ud0 u ~ AC DC d0 ? UPE的組成（續(xù)） 目前， 組成 UPE的電力電子器件有如下幾種選擇方案： ? 對于中、小容量系統(tǒng)，多采用由 IGBT或PMOSFET組成的 PWM變換器； ? 對于較大容量的系統(tǒng)，可采用其他電力電子開關(guān)器件，如 GTO、 IGCT等； ? 對于特大容量的系統(tǒng)，則常用晶閘管觸發(fā)與整流裝置。運用結(jié)構(gòu)圖運算法同樣可以推出式（ 135）所表示的靜特性方程式，方法如下：將給定量和擾動量看成兩個獨立的輸入量，先按它們分別作用下的系統(tǒng)求出各自的輸出與輸入關(guān)系式， b）只考慮給定作用時的閉環(huán)系統(tǒng) c）只考慮擾動作用時的閉環(huán)系統(tǒng) )1(e*nspKCUKKn??)1(edKCRIn???U*n Kp Ks ? 1/Ce Uc ?Un n Ud0 Un + + Kp Ks ? 1/Ce IdR n Ud0 + E 由于已認為系統(tǒng)是線性的，可以把二者疊加起來，即得系統(tǒng)的靜特性方程式 （ 135） )1()1( ede*nspKCRIKCUKKn???? 開環(huán)系統(tǒng)機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性 的關(guān)系 比較一下開環(huán)系統(tǒng)的機械特性和閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性，就能清楚地看出反饋閉環(huán)控制的優(yōu)越性。min/r， Ce = 實際上，這種系統(tǒng)正是依靠被調(diào)量的偏差進行控制的。 ? 給定作用 與眾不同的是在反饋環(huán)外的給定作用 ， 如圖 127中的轉(zhuǎn)速給定信號 ， 它的些微變化都會使被調(diào)量隨之變化 ， 絲毫不受反饋作用的抑制 。 ? 問題的提出（續(xù)） 這時，由于放大器和變換器的慣性都很小，電樞電壓一下子就達到它的最高值，對電動機來說，相當于全壓起動，當然是不允許的。 。例如，由于故障，機械軸被卡住，或挖土機運行時碰到堅硬的石塊等等。 3. 系統(tǒng)的精度依賴于給定和反饋檢測精度 ? 給定精度 ——由于給定決定系統(tǒng)輸出 ， 輸出精度自然取決于給定精度 。 ? 擾動 ——除給定信號外 ， 作用在控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)上的一切會引起輸出量變化的因素都叫做 “ 擾動作用 ” 。 esp ???? CKKK?? 系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程 ? 開環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? 例如：在圖 126中工作點從 A ? A’ ? 閉環(huán)系統(tǒng) Id ? ? n? ? Un? ? ?Un? ? n? ? Ud0? ? Uc? 例如：在圖 126中工作點從 A ? B n 0 O Id Id1 Id3 Id2 Id4 A B C A’ D 閉環(huán)靜特性 開環(huán)機械特性 圖 126 閉環(huán)系統(tǒng)靜特性和開環(huán)機械特性的關(guān)系 Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 由此看來 ， 閉環(huán)系統(tǒng)能夠減少穩(wěn)態(tài)速降的實質(zhì)在于它的自動調(diào)節(jié)作用 ， 在于它能隨著負載的變化而相應(yīng)地改變電樞電壓 ，以補償電樞回路電阻壓降 。 在同樣的負載擾動下 ， 兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 和 它們的關(guān)系是 Knnl ????1opc(138) edop CRIn ?? )1(edc KCRInl ???? 系統(tǒng)特性比較 ? 系統(tǒng)特性比較（續(xù)） （ 2）如果比較同一的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。 為了突出主要矛盾 ， 先作如下的假定： （ 1） 忽略各種非線性因素 ， 假定系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系都是線性的 ， 或者只取其線性工作段； （ 2） 忽略控制電源和電位器的內(nèi)阻 。 如果要求調(diào)速范圍 D = 20， 靜差率 5%， 采用開環(huán)調(diào)速能否滿足 ？ 若要滿足這個要求 ， 系統(tǒng)的額定速降最多能有多少 ？ 解 當電流連續(xù)時 ， VM系統(tǒng)的額定速降為 開環(huán)系統(tǒng)機械特性連續(xù)段在額定轉(zhuǎn)速時的靜差率為 這已大大超過了 5%的要求 ， 更不必談?wù){(diào)到最低速了 。 靜差率與機械特性硬度的區(qū)別（續(xù)） 4. 調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系 設(shè)：電機額定轉(zhuǎn)速 nN為最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降落為 ?nN，則按照上面分析的結(jié)果，該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)該是最低速時的靜差率，即 Nm i nNm i n0Nnnnnns??????于是，最低轉(zhuǎn)速為 snsnsnn NNNm i n